光伏系统中的变压器选型与设计(上)

来源:索比光伏网发布时间:2017-07-25 09:27:44

变压器是一种能改变交流电压而保持交流电频率不变的电器设备。在电力系统的送变电过程中,变压器是一种重要的电器设备。

送电时,通常使用变压器把发电机的端电压升高,对于输送一定功率的电能,电压越高,电流就越小,输送导线上的电能损耗越小,由于电流小,则可以选用截面积小的输电导线,能节约大量的金属材料。用电时,再利用变压器将输电导线土的高电压降低,以保证人身安全和减少用电器绝缘材料的消耗。

我国的交流电压等级有三种,单相220V、三相380V称为低压,一般用于家庭和工商业。三相10kV,15kV,35kV称为中压,110kV、220kV、330kV、500kV,1000KV称为高压。

国家电网公司规定:8 kW及以下可接入220 V,8~400 kW可接入380 V,400 kW~6 MW可接入10 kV,5MW~20 MW可接入35 kV。因此400kW以下的光伏电站可直接接入380/220V低压电网。如果电站容量超过400kW并入中压电网,中大功率电站,一般使用中功率组串式逆变器和大功率集中式逆变器,输出电压有很多种,常见的有315V、400V、480V、500V、540V、690V等多种,后级必须接升压隔离变压器。


除功率传送和电压变换作用外,在光伏系统中,变压器还有以下作用:

1)电气隔离:隔离变压器初级和次级是靠磁路来传递能量,组件和电网电气隔离,可以阻止直流分量和漏电流进入电网,适用于组件负极接地系统。

2)在抑制组件PID解决方案中,逆变器后面接入隔离变压器,再提升N极对地的电位,间接提升组件负极对的电位,达到抑制组件PID的目的。

3)匹配电压:有些国家的电网电压和我国不一样,如美国是单相110V,三相220V,可以在逆变器后面加一个变压器,匹配接入国家的电压。

本节将为大家详解:

1.变压器的基本结构和原理

2.升压变压器和降压变压器

3.变压器的主要技术参数

1.变压器的基本结构和原理

虽然变压器种类繁多,用途各异,电压等级和容量不同,但变压器的基本结构大致相同。最简单的变压器是由一个闭合的软磁铁心和两个套在铁心上又相互绝缘的绕组所构成,绕组又称线圈,是变压器的电路部分。与交流电源相接的绕组叫做一次绕组,简称一次;与负载相接的绕组叫做二次绕组,简称二次。

磁芯是变压器的磁路部分,主要材料有带绕铁芯类如硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金;粉芯类如铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯、坡莫合金粉芯、铁氧体磁芯等等,工频和低频变压器电抗器一般使用硅钢片,现在厚度普遍从0.35mm到0.23mm,硅钢片又分取向和无取向两种,取向硅钢片要求高,价格是无取向硅钢片的两倍,但损耗仅为无取向硅钢片的三分之一,抑制电流谐波效果比无取向硅钢片作用更大。

线圈是变压器的电路部分,常用的材料有铜材和铝材,习惯上把线圈由铜质制成的称为全铜变压器,把线圈由铝质制成的称为全铝变压器,两者的区别主要有四点:铜的导电性好于铝,相同的电流,铝材要比铜材截面积要大,因此铜变压器比铝变压器要小;铜的重量比铝要重,相同的功率,铜变压器比铝变压器要重;铜的价格比铝要贵。

变压器损耗主要有铜损和铁损,铜损指变压器线圈电阻所引起的损耗,当电流通过线圈电阻发热时,一部分电能就转变为热能而损耗,由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成,因此称为铜损。

铜损可以通过测量变压器短路阻抗来计算。变压器的铁损包括两个方面:一是磁滞损耗,当交流电流通过变压器时,通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化,使得磁芯内部分子相互摩擦,放出热能,从而损耗了一部分电能,这便是磁滞损耗。另一是涡流损耗,当变压器工作时,磁芯中有磁力线穿过,在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流,由于此电流自成闭合回路形成环流,且成旋涡状,故称为涡流,涡流的存在使铁芯发热,消耗能量,这种损耗称为涡流损耗。铁损可以通过测量变压器空载电流来计算。

当变压器一次接人交流电源以后,在一次绕组中就有交流电流流过,于是在铁心中产生交变磁通,称为主磁通。它随着电源频率而变化,主磁通集中在铁心内;极少一部分在绕组外闭合,称为漏磁通,它一般很小,可忽略不计。根据电磁感应定律,一、二次绕组都将产生感应电动势。如果二次接有负载构成闭合回路,就有感应电流产生。变压器通过一、二次绕组的磁耦合把电源的能量传送给负载。

2.升压变压器和降压变压器

任何一种变压器在变压过程中只起能量传递作用,无论变换后的电压是升高还是降低,电能都不会增加,也不能减少。根据能量守恒定律;在忽略损耗时,变压器输出的功率P2应与变压器从电源获得的功率 P1相等,即:P1=P2

变压器工作时,一、二次绕组的电流大小与一、二次韵电压或匝数成反比,或者为变压器电压比的倒数。实际上,变压器在改变电压的同时也改变了电流。电流互感器就是根据这二原理制成的。


一次电压高于二次电压叫作降压变压器,一次电压低于二次电压叫作升压变压器。在相同频率、同等容量的条件下,一台电力变压器可以作为降压变压器使用,逆转过来,也可以作为升压变压器使用。

运行I1的物理实体是初级绕组,运行I2的物理实体是次级绕组,它们是变压器的电路部分;Φ是磁力线,它所在的物理实体是铁心,它是变压器的磁路。

当变压器的容量P(kVA)及绕组的匝数W一定时,铁心中的磁通量Φ(韦伯(wb)就定下来了,一台电力变压器不管作为降压变压器使用还是作为升压变压器使用,磁路的实体即铁心及物理意义没有发生变化。

变压器是根据生活的需要改变电压的静止电器,其电压比等于匝数比,上图中:U1/U2=W1/W2。W1:初级绕组的匝数,W2:次级绕组的匝数,一台电力变压器,W1及W2是没有变化的,所以除了电网电压波动因素外,电压U1与U2也是没有变化的,如将原来的次级绕组W2作为初级绕组W1,那么原来初次绕组W1改变为现在的次级绕组W2,上面公式U1/U2=W1/W2反之U2/U1=W2/W1仍然完全成立。在相同频率、同等容量的条件下,一台电力可以作为降压变压器使用,逆转过来,也可以作为升压变压器使用是成立的。

3.变压器的主要技术参数

变压器的规格型号及其主要技术数据都标在它的铭牌上,作为使用变压器的重要依据。变压器的主要结构参数有长宽高,体积,重量,技术参数有额定电压、额定电流、额定容量和温升绝缘等级、联结组标号、效率等。

1额定电压

变压器一次的额定电压,是指变压器所用绝缘材料的绝缘强度所规定的电压值,二次额定电压是变压器空载时,一次加上额定电压后,二次两端的电压值。两个额定电压分别用U1N ,U2N表示。单相变压器U1N,U2N是指一、二次交流电压的有效值,三相变压器U1N,U2N是指一、二次线电压的有效值。

2额定电流

指变压器在允许温升的条件下,所规定的一、二次绕组中允许流过的最大电流,变压器飞二次电流分别用I1N和I2N表示。单相变压器I1N和I2N是指电流的有效值,三相变压器是指线电流的有效值。

3额定容量

表示变压器工作时所允许传递的最大功率。单相变压器的额定容量是二次额定电压和额定电流之积;三相变压器的额定容量也是二次额定电压和额定电流之积(应为三相之和)。额定容量用字母S表示,单位是伏安(V·A)。

4温升和绝缘等级

温升是指变压器在额定工作时;允许超出周围环境温度的数值。它取决于变压器绝缘材料的耐热等级。


5联结组标号

三相绕组的联结法有星形接法和三角形接法,分别用Y、D(或y、d)表示,其中大写字母表示高压侧,小写字母表示低压侧。具体表示时高压绕组的联结法写在左,低压绕组联结法写在右。例如:高压绕组为星形接法,低压绕组为三角形接法时我们记此三相变压器的联结法为Yd。

此外,有的星形联结法可以引出中线,分别用O(高压侧)或o(低压侧)表示。把高压侧(一般是一次侧)线电动势的相量作为分针,始终指向“12”,而以低压侧线电动势的相量作为时针,它所指的数字即表示高、低压侧电动势相量间的相位差。这个数字称为三相变压器的“联结组标号”。例如:Yd11表示此变压器高压侧为星形接法,低压侧为三角形接法,高、低压侧电动势相量间的相位差为11点时时针与分针的相位差即330°;Yy2表示此变压器高、低压侧均为星形接法,高、低压侧电动势相量间的相位差为2点时时针与分针的相位差即60°。


索比光伏网 https://news.solarbe.com/201707/25/116582.html
责任编辑:suna
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
晶澳科技赋能多特蒙德主场:全球最高功率光伏系统点亮可持续未来来源:晶澳科技 发布时间:2025-12-25 15:25:25

从1974年启用至今,已多次举办欧洲杯、世界杯等顶级赛事。近日,德国权威纪录研究机构RID正式授予该场馆“全球功率最高的体育场屋顶光伏系统”世界纪录认证。这项纪录背后,是超过11000块晶澳科技DeepBlue4.0Pro全黑组件的独家赋能,由此创造了一个职业体育、城市大型基础设施和可再生能源交汇领域的历史性里程碑。此次晶澳科技与多特蒙德足球俱乐部共同创造世界纪录,再次彰显了晶澳科技组件产品在欧洲市场的卓越适用性与竞争力。

德国柏林光伏补贴新政,重点在高价值屋顶来源:光储星球 发布时间:2025-12-24 16:09:02

随着光伏系统和储能技术的快速发展,柏林州政府对光伏补贴政策进行了优化调整,推出了全新的SolarPLUS计划。需要注意的是,阳台光伏已不再是重点资助对象。2025年10月31日前提交的申请继续处理2026年1月8日重新开放新申请柏林的屋顶光伏和储能市场将迎来新一轮政策驱动,而目前正是项目评估和方案设计的最佳窗口期。柏林的政策重心是从“单一屋顶→屋顶+阳台→模块化全覆盖→聚焦高价值屋顶项目”。

青岛科技大学周忠敏&中科院青岛生物能源与过程研究所逄淑平最新JACS:基于软硬酸碱理论设计硫醇交联剂,钙钛矿/SAM界面强韧化来源:先进光伏 发布时间:2025-12-22 16:34:53

论文概览针对倒置结构钙钛矿太阳能电池中钙钛矿/自组装单分子层异质界面机械稳定性差、制约器件长期可靠性的关键瓶颈,青岛科技大学与中国科学院青岛生物能源与过程研究所联合团队创新性地基于软硬酸碱理论,设计并筛选出一系列硫醇(-SH)基交联剂,用于强化界面化学键合并提升稳定性。

带有立体互补设计的钙钛矿-硅叠层太阳能电池效率达到32.3%来源:钙钛矿材料和器件 发布时间:2025-12-15 21:48:44

中国研究人员开发了采用立体互补界面设计的钙钛矿-硅叠层太阳能电池,实现32.12%的认证效率并提升长期稳定性。该策略优化了钙钛矿晶格中的分子适配,提高了电荷传输和器件寿命。

Nat Commun:异质阳离子策略设计具有极性反钙钛矿结构的非线性光学晶体来源:知光谷 发布时间:2025-12-15 18:09:31

非中心对称无机材料的理性设计因其固态反应难以预测、对称性破缺要求严苛而长期面临挑战。尽管钙钛矿已被广泛用作非中心对称材料的结构模板,但其反结构——反钙钛矿体系却仍待探索。

晶澳 | 从十五五顶层设计,看分布式光伏的新定位来源:晶澳蔚蓝 发布时间:2025-12-11 09:24:08

02分布式系统化协同在新能源占比持续提升的背景下,分布式光伏正逐步与分布式天然气调峰电站形成互补关系,共同承担区域电力系统的调峰、备用与稳定支撑功能。以晶澳为代表的高性能组件,正以稳定、高效、低衰减的输出能力,成为分布式光伏兑现长期收益、支撑零碳应用落地的关键底座。

“光能球场”“幸福墅”重新定义光伏价值,永福股份场景化光伏系统产品在2025海上光伏大会正式发布来源:索比光伏网 发布时间:2025-12-05 11:09:57

2025年12月5日,在福建福州召开的2025第三届海上光伏大会上,福建永福电力设计股份有限公司隆重举行了场景化光伏系统产品发布会,正式推出永福“光能篮球场”与永福“幸福墅”家庭绿电系统两款创新产品。永福股份提出的场景化光伏概念,本质是跳出发电功能思维,用“产品思维”重新定义光伏,追求用户体验、场景价值和社会效益的综合提升。发布会最后,在与会嘉宾与观众的见证下,迎来了激动人心的产品发布仪式。

工业设计驱动创新 一道新能推动光伏技术迭代升级来源:一道新能 发布时间:2025-12-03 14:48:46

近日,浙江省经济和信息化厅正式公布了2025年度(第九批)省级工业设计中心认定名单,一道新能凭借在光伏领域长期积淀的工业设计创新能力、体系化的设计研发架构,以及兼具技术突破与市场价值的产业化应用成果,成功获批“浙江省省级工业设计中心”。设计赋能激活产业新动能工业设计是制造业价值链的关键环节,是提升光伏产品竞争力、推动产业升级的重要引擎。

感恩节福利!昱电宝免费送你一套阳台光伏系统~来源:索比光伏网 发布时间:2025-11-28 08:53:54

来源/昱电宝

5.2GW!澳大利亚2024年光伏新增装机创纪录来源:索比光伏网 发布时间:2025-11-27 15:52:39

近日,国际能源署发布《2024年澳大利亚光伏应用国家调查报告》显示,澳大利亚2024年光伏新增装机达5.2GW,已超过该国截至2015年底的历史累计装机总量,全国光伏总装机量正式突破40GW大关。报告显示,澳大利亚光伏装机结构呈现“分布式为主、集中式为辅”的特征。在屋顶光伏普及方面,澳大利亚稳居全球前列。目前,澳大利亚已跻身全球光伏累计装机前十,人均装机容量超1.52kW。

南航赵晓明AEM:调控配体吸电子效应设计配体反应性以实现户外稳定的钙钛矿太阳能电池与组件来源:知光谷 发布时间:2025-11-27 13:47:25

2D/3D钙钛矿异质结构提升了钙钛矿太阳能电池的性能。本文南京航空航天大学赵晓明等人研究了芳香铵配体的吸电子强度对钙钛矿界面稳定性的影响。此外,组件在30天户外运行中保持稳定的功率输出,显示出其在实际应用中的潜力。研究亮点:配体吸电子能力调控界面稳定性:通过杂环中氧原子数量的增加,系统调控芳香铵配体的吸电子能力,最强吸电子配体ABDI有效抑制2D相形成并阻止离子互扩散。